材料力學(xué)第八章分析

1、 ： 在復(fù)雜外載作用下，構(gòu)件的變形會(huì)包含在復(fù)雜外載作用下，構(gòu)件的變形會(huì)包含 幾種簡(jiǎn)單變形，當(dāng)幾種變形所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力屬同幾種簡(jiǎn)單變形，當(dāng)幾種變形所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力屬同 一量級(jí)時(shí)，不能忽略之，這類(lèi)構(gòu)件的變形稱(chēng)為一量級(jí)時(shí)，不能忽略之，這類(lèi)構(gòu)件的變形稱(chēng)為 組合變形。組合變形。 81 81 組合變形的概念和疊加組合變形的概念和疊加 法法 （條件:小變形）。 將荷載分解簡(jiǎn)化成與基本變形對(duì)應(yīng)的等 效靜力荷載。 分別獨(dú)立計(jì)算各種基本變形，然后疊加。 （假設(shè)：各個(gè)基本變形互不影響） M P R z x y P P 水壩水壩 q P hg g 外力分析：外力分析：外力向形心(后彎心)簡(jiǎn)化并沿主慣性軸分解 內(nèi)力分析：內(nèi)力分

2、析：求每個(gè)外力分量對(duì)應(yīng)的內(nèi)力方程和內(nèi)力圖，確 定危險(xiǎn)面。 應(yīng)力分析：應(yīng)力分析：畫(huà)危險(xiǎn)面應(yīng)力分布圖，疊加，建立危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng) 度條件。 一、一、偏心拉壓偏心拉壓 8-2 8-2 拉伸拉伸( (壓縮壓縮) )與彎曲的組合作用與彎曲的組合作用 軸 向 拉 壓 ：軸 向 拉 壓 ：外 力 的 合 力 作 用 線 與 桿 的 軸 線 重 合 。 偏心拉壓偏心拉壓: 在危險(xiǎn)截面，內(nèi)力的合力作用線不通過(guò)截面形心。 偏心拉壓?jiǎn)栴}的解題方法：在危險(xiǎn)截面，將合力平軸，使其 通過(guò)截面形心。問(wèn)題簡(jiǎn)化為 偏心拉壓偏心拉壓 = 軸向拉壓軸向拉壓 + 彎曲彎曲 偏心拉壓時(shí)，中性軸不再過(guò)截面形偏心拉壓時(shí)，中性軸不再過(guò)截面形 心，

3、甚至沒(méi)有中性軸。心，甚至沒(méi)有中性軸。 偏心拉壓偏心拉壓 = 軸向拉壓軸向拉壓 + 彎曲彎曲 PN PeM z A N z z I yM 確定危險(xiǎn)點(diǎn)：將應(yīng)力疊加，找出最大應(yīng)力max的作用點(diǎn) )( max 拉，在最上沿的各點(diǎn) z z W M A N 1、危險(xiǎn)截面離集中力P較遠(yuǎn)的任 意截面均為危險(xiǎn)截面。 2、將力P向截面形心平移 e P P M l P e Y Z 或者或者 結(jié)果結(jié)果 （拉為正，壓為負(fù)） 安全校核 截面設(shè)計(jì) 確定承載力 注意：偏心拉伸注意：偏心拉伸時(shí)，最大拉應(yīng)力Tmax 最大壓應(yīng)力Cmax ， 無(wú)論什么材料，只有一個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)即：最大拉應(yīng)力點(diǎn)。 max / max z MN AW 拉 壓

4、 偏心壓縮偏心壓縮時(shí)，最大拉應(yīng)力Tmax 最大壓應(yīng)力Cmax ， 對(duì)于塑性材料，對(duì)于塑性材料，只有一個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)即：最大壓應(yīng)力點(diǎn)。 對(duì)于脆性材料，對(duì)于脆性材料，則有兩個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)即：最大壓應(yīng)力點(diǎn)和最大拉應(yīng) 力點(diǎn)。 max max () TC Z MN AW 對(duì)脆性材料， 要區(qū)分和 例例1 1：AB為工字梁 ，試選工字梁型號(hào)。MPa100 解：(1) 求V,H 52 80 . . tg D P=8kN BC 2.5m1.5m A 0.8m 由 0 A M )(. ).(. kNV PV 812 0515252 T V H )(kN tg V H40 40 N（kN） M（kNm） 12 (2) 內(nèi)力圖

5、D P=8kN BCA 0.8m 2.5m1.5m (3) 選型號(hào)：一般彎曲應(yīng)力遠(yuǎn)大于拉壓應(yīng)力，可以先按照彎曲 強(qiáng)度試算。 由 選： max M )()( max 335 6 3 1201012 10100 1012 cmm M W 查表P324 16號(hào) W=141cm3 A=26.1cm2 考慮N，M作用校核： MPaMPa W M A N z 1005100 10141 1012 10126 1040 4 3 4 3 . . max max %. . 50 100 1005100 16號(hào)工字鋼滿(mǎn)足要求 例例2 2：脆性材料偏心壓縮：脆性材料偏心壓縮 z zP y yP P A z y My

6、=PzP 基本方法：通過(guò)將偏心的載荷二次平移到截面形心，基本方法：通過(guò)將偏心的載荷二次平移到截面形心， 得到簡(jiǎn)單變形的迭加形式得到簡(jiǎn)單變形的迭加形式 P P z y P My=PzP Mz=PyP P z p z z w yP w M y )( C P A y p y y w zP z w M z )( z y My=PzP Mz=PyP P p z z y y P P P A z z z M Mz w y y y M My w 危險(xiǎn)截面上的各種應(yīng)力分布危險(xiǎn)截面上的各種應(yīng)力分布 /C ( )( ) C T pp zy yz P yP z P wwA y z c z y M y = PzP M

7、z = PyP P z ( ) z y ( )y maxT 中性軸中性軸 maxC 危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) maxT maxC 危險(xiǎn)點(diǎn)為單向應(yīng)力狀危險(xiǎn)點(diǎn)為單向應(yīng)力狀 態(tài)態(tài) 疊加求疊加求最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力 危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng)度條件危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng)度條件 max ( )( ) CC y z C zy yz M MN WWA max ( )( ) TC y z T zy yz M MN WWA （-） b h 橫截面尺寸橫截面尺寸 幾何性質(zhì)幾何性質(zhì) 22 66 zy bhhb WW， maxT maxC 中性軸中性軸 maxT maxC z y x y z Py Pz L H

8、例例3 3：結(jié)構(gòu)如圖，在端部Py過(guò)形心且與沿y軸方向，在中部Pz過(guò)形 心且與沿z軸方向。尺寸如圖。 求此梁的最大應(yīng)力。 x y z Py L Pz H 解：解：對(duì)于園截面園截面桿，在危險(xiǎn)截面的形心處，分解出與基 本變形對(duì)應(yīng)的載荷，將繞Y軸和Z軸的彎矩My、Mz用 雙箭頭矢量雙箭頭矢量表示，然后按照矢量合成的方法，計(jì)算出 合彎矩M：，根據(jù)彎曲應(yīng)力的分布規(guī)律，可以找到危 險(xiǎn)點(diǎn)。 22 yz MMM y z My Mz Mz=PyL My=PzH M 中性軸中性軸 最大拉應(yīng)力最大拉應(yīng)力T 最大壓應(yīng)力最大壓應(yīng)力C x y z Py L Pz H 如果在危險(xiǎn)截面的危險(xiǎn)點(diǎn)處，還有軸向的拉（壓） 應(yīng)力，則還

9、要進(jìn)一步迭加，最后進(jìn)行強(qiáng)度校核。 22 yz MMM y z My Mz Mz=PyL My=PzH M 中性軸中性軸 最大拉應(yīng)力最大拉應(yīng)力T 最大壓應(yīng)力最大壓應(yīng)力C 22 max zy MM N AW 例5： 一 個(gè)拉伸試件載荷為P=80kN , 截面為1080mm2, 的矩形，加工好以后發(fā)現(xiàn)試件上緣有裂縫 ,為防止裂紋 在應(yīng)力集中下擴(kuò)展，在試件上部挖去一個(gè)r =10mm 的半 圓孔，試校核其強(qiáng)度 。如果強(qiáng)度不夠，可采取什么措施 補(bǔ)救？=140MPa PP r 解：解： 無(wú)裂紋時(shí)無(wú)裂紋時(shí):MPa A P 100 挖去小孔后挖去小孔后 b t Z M P N 2re PN 2rPPeMZ MP

10、a trb P A N 114 )( MPa trb rP W M Z Z 49 6)( 2 2 MPa16349114 max 強(qiáng)度不夠！強(qiáng)度不夠！ 對(duì)稱(chēng)對(duì)稱(chēng) 挖孔挖孔 MPa trb P 133 )2( 強(qiáng)度安全！強(qiáng)度安全！ r 8 83 3 斜彎曲斜彎曲 一、斜彎曲一、斜彎曲：桿件彎曲后，撓曲線與外力（橫向力）不共面。 二、斜彎曲的研究方法二、斜彎曲的研究方法 ： 1.分解：將外載沿橫截面的兩個(gè)形心主軸分解，于是得到兩 個(gè)正交的平面彎曲（雙向彎）。 2.橫截面為矩形或工字形橫截面為矩形或工字形（有棱角），則先計(jì)算應(yīng)力后疊加先計(jì)算應(yīng)力后疊加：先 計(jì)算繞兩個(gè)形心軸的彎曲正應(yīng)力，然后疊加應(yīng)力并

11、確定最大拉、 壓正應(yīng)力，根據(jù)材料進(jìn)行強(qiáng)度校核。 3.橫截面為園形或橢圓形橫截面為園形或橢圓形（無(wú)棱角），則先合成彎矩后計(jì)算應(yīng)力先合成彎矩后計(jì)算應(yīng)力： 先用雙箭頭矢量表示繞兩個(gè)軸的彎矩，然后按照矢量合成法則 確定合彎矩，然后確定最大拉、壓正應(yīng)力點(diǎn)，根據(jù)材料進(jìn)行強(qiáng) 度校核。 L Z y xc 外力簡(jiǎn)化外力簡(jiǎn)化 sin cos y Z PP PP 危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)截面 固定端截面固定端截面 MZ PYL MY PZL 矩形截面桿發(fā)生兩向矩形截面桿發(fā)生兩向 平面彎曲，如何處理平面彎曲，如何處理 彎曲應(yīng)力的問(wèn)題？彎曲應(yīng)力的問(wèn)題？ P PZ PY 例6：矩形截面桿發(fā)生矩形截面桿發(fā)生斜彎曲斜彎曲 找危險(xiǎn)點(diǎn)找危險(xiǎn)

12、點(diǎn) 畫(huà)危險(xiǎn)截面應(yīng)力分布圖畫(huà)危險(xiǎn)截面應(yīng)力分布圖 Zy zy 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件 max max TzyT CyC z 2 cos 6 Z z Z MPl bhW 2 sin 6 y y y M Pl hbW y z z y y z zy Zy y z 中性軸 分解荷載 與基本變形對(duì)應(yīng) 獨(dú)立計(jì)算各基本變形應(yīng)力 正應(yīng)力代數(shù)相加 通過(guò)受力分析，確定危險(xiǎn)截面 內(nèi)力最大截面 注意：有時(shí)危險(xiǎn)截面可能不止一處注意：有時(shí)危險(xiǎn)截面可能不止一處 根據(jù)彎曲應(yīng)力的分布規(guī)律，可以找到根據(jù)彎曲應(yīng)力的分布規(guī)律，可以找到危險(xiǎn)點(diǎn)，然危險(xiǎn)點(diǎn)，然 后進(jìn)行強(qiáng)度校核。后進(jìn)行強(qiáng)度校核。 拉壓與彎曲在危險(xiǎn)點(diǎn)處：危險(xiǎn)點(diǎn)處： （彎曲應(yīng)力）（拉、壓

13、應(yīng)力） 偏心拉壓在危險(xiǎn)點(diǎn)處：危險(xiǎn)點(diǎn)處： () ()()yz 拉、壓應(yīng)力 向彎曲應(yīng)力向彎曲應(yīng)力 分解荷載 在危險(xiǎn)截面的形心分解出與基本 變形對(duì)應(yīng)的載荷 獨(dú)立計(jì)算各基本載荷引起的基本變形應(yīng)力 代 數(shù)相加 按照材料性質(zhì)，用最大拉（壓）應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度 校核 分解荷載 在危險(xiǎn)截面的形心分解出與基本變形對(duì) 應(yīng)的載荷 繞Y軸和Z軸的彎矩My、Mz用雙箭頭矢量表示，然后 按照矢量合成的方法，計(jì)算出合彎矩： 由合彎矩計(jì)算出最大彎曲拉、壓應(yīng)力，并且與軸向的 拉（壓）應(yīng)力進(jìn)行迭加，按照材料性質(zhì)，進(jìn)行強(qiáng)度校核 22 yz MMM 注意：此時(shí)M的矢量線方向就是中性軸，園周上離矢量 線（中性軸）最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)就分別是最大拉、壓應(yīng)力點(diǎn) 斜彎曲問(wèn)題斜彎曲問(wèn)題 一、斜彎曲一、斜彎曲：桿件彎曲后，撓曲線與外力（橫向力）不共面。 二、斜彎曲的研究方法二、斜彎曲的研究方法 ： 1.分解：將外載沿橫截面的兩個(gè)形心主軸分解，于是得到兩 個(gè)正交的平面彎曲（雙向彎）。 2.橫截面為矩形或工字形橫截面為矩形或工字形（有棱角），則先計(jì)算應(yīng)力后疊加先計(jì)算應(yīng)力后疊加：先 計(jì)算繞兩個(gè)形心軸的彎曲正應(yīng)力，然后疊加應(yīng)力并確定最大拉、 壓正應(yīng)力，根據(jù)材料進(jìn)行強(qiáng)度校核。 3.橫截面為園形或橢圓形橫截面